Panduan Dasar-dasar Pengelasan Laser

Dasar-dasar Pengelasan Laser

Pengelasan laser adalah proses non-kontak yang memerlukan akses ke zona las dari satu sisi bagian yang dilas.

• Lasan terbentuk saat sinar laser yang intens dengan cepat memanaskan material—biasanya dihitung dalam milidetik.

• Biasanya ada tiga jenis las:

– Mode konduksi.

– Mode konduksi/penetrasi.

– Mode penetrasi atau lubang kunci.

• Pengelasan mode konduksi dilakukan pada kepadatan energi rendah membentuk nugget las yang dangkal dan lebar.

• Mode konduksi/penetrasi terjadi pada kepadatan energi sedang, dan menunjukkan penetrasi lebih banyak daripada mode konduksi.

• Pengelasan mode penetrasi atau lubang kunci dicirikan oleh pengelasan sempit yang dalam.

– Dalam mode ini, sinar laser membentuk filamen bahan yang diuapkan yang dikenal sebagai “lubang kunci” yang memanjang ke dalam bahan dan menyediakan saluran agar sinar laser dapat dikirim secara efisien ke dalam bahan.

– Pengiriman langsung energi ke dalam material ini tidak bergantung pada konduksi untuk mencapai penetrasi, sehingga meminimalkan panas ke dalam material dan mengurangi zona yang terkena panas.

Pengelasan Konduksi

• Penggabungan konduksi menggambarkan rangkaian proses di mana sinar laser difokuskan:

– Untuk memberikan kepadatan daya pada urutan 10³ Wmm⁻²

– Ini menggabungkan material untuk membuat sambungan tanpa penguapan yang signifikan.

• Pengelasan konduksi memiliki dua mode:

– Pemanasan langsung

– Transmisi energi.

Panas Langsung

• Selama pemanasan langsung,

– aliran panas diatur oleh konduksi termal klasik dari sumber panas permukaan dan las dibuat dengan melelehkan bagian dari bahan dasar.

• Las konduksi pertama dibuat pada awal 1960-an, menggunakan ruby ​​berdenyut daya rendah dan laser CO2 untuk konektor kawat.

• Las konduksi dapat dibuat dalam berbagai macam logam dan paduan dalam bentuk kawat dan lembaran tipis dalam berbagai konfigurasi menggunakan.

– CO2 , Nd:YAG dan laser dioda dengan tingkat daya dalam urutan puluhan watt.

– Pemanasan langsung dengan sinar laser CO2 juga dapat digunakan untuk pengelasan pangkuan dan pantat pada lembaran polimer.

Pengelasan Transmisi

• Pengelasan transmisi adalah cara yang efisien untuk menggabungkan polimer yang mentransmisikan radiasi inframerah dekat dari Nd:YAG dan laser dioda.

• Energi diserap melalui metode penyerapan antarmuka baru.

• Komposit dapat disambung asalkan sifat termal matriks dan tulangannya sama.

• Mode transmisi energi dari pengelasan konduksi digunakan dengan bahan yang mentransmisikan radiasi inframerah dekat, terutama polimer.

• Tinta penyerap ditempatkan pada antarmuka sambungan pangkuan. Tinta menyerap energi sinar laser, yang disalurkan ke material di sekitarnya dengan ketebalan terbatas untuk membentuk lapisan permukaan cair yang mengeras sebagai sambungan las.

• Sambungan pangkuan bagian tebal dapat dibuat tanpa melelehkan permukaan luar sambungan.

• Las butt dapat dibuat dengan mengarahkan energi ke arah garis sambungan pada suatu sudut melalui material di satu sisi sambungan, atau dari salah satu ujung jika bahannya sangat transmissive.

Penyolderan dan Pematrian Laser

• Dalam proses penyolderan dan pematrian laser, balok digunakan untuk melelehkan bahan pengisi, yang membasahi tepi sambungan tanpa melelehkan bahan dasarnya.

• Penyolderan laser mulai populer pada awal 1980-an karena menyambungkan komponen elektronik melalui lubang pada papan sirkuit tercetak. Parameter proses ditentukan oleh properti material.

Pengelasan Laser Penetrasi

• Pada kepadatan daya tinggi semua bahan akan menguap jika energi dapat diserap. Jadi, saat mengelas dengan cara ini biasanya akan terbentuk lubang karena penguapan.

• "Lubang" ini kemudian dilintasi material dengan dinding cair menyegel di belakangnya.

• Hasilnya adalah apa yang dikenal sebagai "lasan lubang kunci. Hal ini ditandai dengan zona fusi sisi paralel dan lebar yang sempit.

Efisiensi Pengelasan Laser

• Istilah untuk mendefinisikan konsep efisiensi ini dikenal sebagai "efisiensi gabungan".

• Efisiensi penyambungan bukanlah efisiensi yang sebenarnya karena memiliki satuan (mm2 bergabung /kJ disediakan).

– Efisiensi=V.t/P (kebalikan dari energi spesifik dalam pemotongan) di mana V =kecepatan lintasan, mm/s; t =tebal las, mm; P =daya insiden, KW.

Menggabungkan Efisiensi

• Semakin tinggi nilai efisiensi penyambungan, semakin sedikit energi yang dihabiskan untuk pemanasan yang tidak perlu.

– Menurunkan zona terpengaruh panas (HAZ).

– Distorsi lebih rendah.

• Pengelasan resistansi paling efisien dalam hal ini karena energi fusi dan HAZ hanya dihasilkan pada antarmuka resistansi tinggi yang akan dilas.

• Laser dan berkas elektron juga memiliki efisiensi yang baik dan kepadatan daya yang tinggi.

Variasi Proses

• Pengelasan Laser Pertambahan Busur.

– Busur dari obor TIG yang dipasang di dekat titik interaksi sinar laser akan secara otomatis mengunci ke titik panas yang dihasilkan laser.

– Suhu yang dibutuhkan untuk fenomena ini adalah sekitar 300 °C di atas suhu sekitarnya.

– Efeknya adalah untuk menstabilkan busur yang tidak stabil karena kecepatan lintasannya atau untuk mengurangi hambatan busur yang stabil.

– Penguncian hanya terjadi untuk busur dengan arus rendah dan karenanya jet katoda lambat; yaitu, untuk arus kurang dari 80A.

– Busur berada di sisi benda kerja yang sama dengan laser yang memungkinkan penggandaan kecepatan pengelasan dengan sedikit peningkatan biaya modal.

• Pengelasan Laser Sinar Kembar

– Jika dua sinar laser digunakan secara bersamaan maka ada kemungkinan untuk mengontrol geometri kolam las dan bentuk manik las.

– Menggunakan dua berkas elektron, lubang kunci dapat distabilkan sehingga menyebabkan lebih sedikit gelombang pada kolam las dan memberikan penetrasi dan bentuk manik yang lebih baik.

– Kombinasi sinar laser excimer dan CO2 menunjukkan peningkatan kopling untuk pengelasan bahan reflektifitas tinggi, seperti aluminium atau tembaga dapat diperoleh.

– Kopling yang ditingkatkan dianggap terutama karena:

• mengubah reflektifitas dengan riak permukaan yang disebabkan oleh excimer.

• efek sekunder yang muncul dari penggabungan melalui plasma yang dihasilkan excimer.